Anillo tompsom

Levitación Magnética de un anillo Anillo de Thompson
A. Villanueva y F. Suarez Ornani
Departamento de Física UBA- 1998 Se estudió la levitación de un anillo de aluminio producida por la fuerza de Lorentz (anillo de Thomson). El anillo se halla en presencia de un campo magnético externo; la variación temporal del flujo magnético a través del anillo origina en el mismo una corriente. Comoconsecuencia de la misma el anillo sufre una fuerza neta. Demostramos que la fuerza se debe exclusivamente a la diferencia de fase que existe entre el campo magnético radial y el longitudinal. Derivamos una expresión teórica para la fuerza la cual fue verificada experimentalmente.
Anillo de Barra d do Bobina e 50Hz Primario Aluminio Hierro

I. Introducción
Nuestro dispositivo consiste en un solenoidecon un núcleo de hierro sobre el cual se engarza el anillo como se indica en la Figura 1. El solenoide está alimentado con la tensión de línea, la frecuencia es de 50Hz. El eje del solenoide se coloca paralelamente al campo gravitatorio; de esta forma la fuerza de Lorentz que actúa sobre el anillo está orientada en sentido opuesto al mismo; conociendo la masa del anillo se puede obtener el valorde dicha fuerza. Dicha fuerza proviene de la interacción del campo magnético que genera el solenoide, con la corriente inducida por el mismo en el anillo. Esta explicación es sin embargo insuficiente para entender el fenómeno en su totalidad. Se puede demostrar matemáticamente que si el campo magnético longitudinal (Bz) y el transversal (Br) están en fase, entonces la fuerza de Lorentz sobre elanillo se promedia a cero en un período de oscilación de la tensión excitadora. Nos propusimos estudiar el fenómeno desde un punto de vista netamente experimental, sin tener en cuenta cuales son las causas de este desfasaje.

Figura 1. Esquema del montaje del aparato. En el siguiente trabajo hacemos primeramente una descripción de la experiencia con sus resultados a continuación, y luego seproponen dos métodos de estudio. El primer método (Apéndice A. Método de campo total) describe el tratamiento midiendo el campo total generado por la barra y por el anillo. En el segundo, en cambio, se realizan la mayor cantidad de mediciones sobre la barra solamente y luego se mide cual es la variación con una sola medición sobre el anillo, minimizando así el error (Apéndice B. Método de campoexterno).

II. Descripción del arreglo experimental
El sistema es bastante sencillo y consta de un bobinado primario, una barra de hierro y un anillo de aluminio. El bobinado es un arrollamiento de cobre de 5000 vueltas de alambre de 0,3mm de diámetro, montado
1 Laboratorio IV. Cátedra S. Gil Villanueva, Suarez Ornani 1

sobre un carrete de plástico de diámetro interior de 20mm y exterior 60mm conuna altura de 52mm. En su interior se coloca la barra de hierro de diámetro 19mm (fijada con cinta en torno a ella para evitar el movimiento) y altura 298mm. El anillo se enhebra en esta barra de forma que pueda deslizar libremente a lo largo de su longitud, y posee un diámetro interior de 19,5mm, exterior 25mm y altura 5mm. Alternativamente se utilizó una barra de ferrite con temperatura de Curiedel orden de los 250°C (lejos de la temperatura de trabajo) de un diámetro de 18mm y un largo de 197mm. Para la medición de la f.e.m. inducida se utilizó un pequeño bobinado de 6 vueltas de un alambre de cobre más fino que el anterior, ajustado sobre una cinta plástica que desliza en el núcleo de hierro. Se utilizó un osciloscopio de 2 canales de forma que se pudiese monitorear las diferencias defase respecto la línea y de dos posiciones relativas de la barra. Además se utilizó un multímetro digital para la obtención de la corriente que circulaba por el primario.

IV. Resultados experimentales
Para la f.e.m. inducida respecto de la posición en el sistema sin el anillo (teniendo en cuenta su desfasaje respecto de la tensión de línea) obtuvimos los valores graficados en la Figura 2,...